Sweepy: Set It & Forget It Studio Cleaner: 10 bước (kèm hình ảnh)

2025 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2025-01-23 15:14

Bởi: Evan Guan, Terence Lo và Wilson Yang

‏‏‎ ‎

Giới thiệu & Động lực

Sweepy the studio dọn dẹp được thiết kế để đáp ứng với điều kiện hỗn loạn của studio kiến trúc do các sinh viên man rợ bỏ lại. Bạn mệt mỏi với việc phòng thu lộn xộn như thế nào trong quá trình đánh giá? Thôi không nói nữa. Với Sweepy, tất cả những gì bạn phải làm là thiết lập nó và quên nó đi. Studio sẽ trở thành thương hiệu mới nhanh hơn so với thời gian bạn cần để hoàn thành một mô hình dự án đó.

Sweepy có khả năng tự nhận thức và sẽ di chuyển xung quanh để quét sạch tất cả rác và mảnh vụn theo mong muốn của trái tim bạn nhờ hai cảm biến siêu âm cho biết nó bật ra khi đến gần một bức tường. Cần Sweepy làm việc chăm chỉ hơn? Không sao, chỉ cần hét vào mặt nó. Sweepy liên tục lắng nghe môi trường của nó nhờ cảm biến âm thanh. Đạt đến một ngưỡng tiếng ồn nhất định sẽ khiến Sweepy chuyển sang chế độ phẫn nộ, quét và di chuyển nhanh hơn trong một khoảng thời gian ngắn.

Một studio không có Sweepy là một studio lộn xộn.

‏‏‎ ‎

Bộ phận, Vật liệu & Công cụ

Bạn có thể tìm thấy hầu hết các bộ phận trong danh sách này trong Bộ khởi động dự án ELEGOO UNO R3. Các bộ phận khác có thể được mua từ Creatron Inc. hoặc các cửa hàng điện tử khác.

‏‏‎ ‎

Các thành phần

x1 Bảng điều khiển ELEGOO UNO R3

x1 Mô-đun mở rộng nguyên mẫu

x1 Cảm biến siêu âm (HC-SR04)

x1 Mô-đun cảm biến âm thanh (KY-038)

x2 Động cơ DC N20 (ROBOT-011394)

x1 Động cơ Servo Micro 9G (SG90)

x1 Mô-đun LCD (1602A)

x1 Pin 9V

x2 Bánh xe cao su 60x8mm (UWHLL-601421)

x1 Bánh xe Castor tự do (chiều cao 64mm)

x1 Chổi quét (chiều cao tay cầm 12mm)

x2 Bóng bán dẫn NPN (PN2222)

x3 Điện trở (220Ω)

x2 Điốt (1N4007)

x1 chiết áp (10K)

x15 Dây nhảy Breadboard

x26 Dây Dupont từ Nữ sang Nam

‏‏‎ ‎

Vật liệu

x1 Tấm ván ép 3mm (Kích thước giường Laser 18 "x 32")

x6 Vít M3 (YSCRE-300016)

x4 M3 Nuts (YSNUT-300000)

x6 M2.5 Vít (YSCRE-251404)

x6 M2.5 Nuts (YSNUT-250004)

‏‏‎ ‎

Công cụ

Bộ tuốc nơ vít

Súng bắn keo nóng

‏‏‎ ‎

Trang thiết bị

Máy vi tính

máy in 3D

Máy cắt laser

‏‏‎ ‎

Phần mềm

Arduino IDE

Bước 1: Hiểu Logic

Mạch điện

Bo mạch điều khiển ELEGOO UNO R3 sẽ đóng vai trò là “bộ não” của rô bốt, trong đó mã sẽ được tải lên và xử lý. Gắn Bảng mở rộng Nguyên mẫu và Bảng mạch mini lên trên cùng của nó. Để giao tiếp với các cảm biến và bộ truyền động, các thành phần sẽ được kết nối thông qua bảng mạch và dây dẫn.

Bao gồm ở trên là sơ đồ mạch điện cần thiết để làm cho Sweepy hài lòng. Đặc biệt chú ý đến đầu vào và đầu ra của dây. Nó giúp bạn theo dõi một sợi dây bằng cách nhìn vào màu sắc của nó. Kết nối sai có thể khiến Sweepy hoạt động không chính xác hoặc trong trường hợp xấu hơn, làm hỏng thiết bị điện tử của bạn do đoản mạch.

‏‏‎ ‎

Lập trình

Đính kèm bên dưới là mã cần thiết để chạy Sweepy. Mở tệp trong Arduino IDE và tải nó lên Bảng điều khiển ELEGOO UNO R3. Để thực hiện việc này, bạn phải kết nối bo mạch điều khiển với máy tính của mình qua cáp USB. Đảm bảo chọn đúng cổng bằng cách vào Công cụ và Cổng trong menu thả xuống. Đảm bảo tải lên mã trước khi tạo Sweepy để tránh phải cắm cáp USB khi ở trong vỏ máy in 3D.

Bạn không nên thay đổi các biến trong mã trừ khi bạn có kinh nghiệm hoặc biết mình đang làm gì.

Bước 2: Thu thập tất cả các bộ phận, vật liệu & công cụ

Để bắt đầu dự án, hãy tập hợp tất cả các bộ phận, vật liệu và công cụ được nêu trong danh sách ở trên. Như đã đề cập trước đây, hầu hết các bộ phận trong danh sách có thể được tìm thấy trong Bộ khởi động ELEGOO UNO R3 cũng như tại Creatron Inc. hoặc các cửa hàng điện tử khác.

Bạn nên bắt đầu in 3D càng sớm càng tốt vì quá trình này có thể mất vài giờ để hoàn thành. Các cài đặt được khuyến nghị là: chiều cao lớp 0,16mm, độ sâu 20% và độ dày thành 1,2mm với vành và giá đỡ. Tệp in 3D được đính kèm bên dưới.

Cắt laser cũng có thể mất nhiều thời gian, vì vậy hãy đảm bảo bắt đầu sớm. Tệp cắt laser cũng chứa một lớp để khắc một hướng dẫn đảm bảo rằng thành phần phù hợp được gắn vào đúng vị trí. Đảm bảo kiểm tra kỹ những gì đang được cắt và những gì đang được khắc, thay đổi cài đặt nguồn và tốc độ một cách thích hợp. File cắt laser cũng được đính kèm bên dưới.

Trong khi chúng tôi sử dụng ván ép cho robot của mình, hãy thoải mái sử dụng bất kỳ vật liệu nào bạn thích, chẳng hạn như acrylic, miễn là độ dày khoảng 3mm.

Bước 3: Bảo vệ tấm nền

Bôi keo xung quanh chu vi của tấm đế và gắn nó vào dưới cùng của hộp in 3D. Căn chỉnh hai phần cẩn thận nhất có thể trong khi vẫn đảm bảo hướng dẫn khắc cắt bằng laser hướng lên trên.

Bước 4: Gắn các thành phần tấm cơ sở

Sau khi tấm nền được bảo đảm đầy đủ, chúng ta có thể bắt đầu kết nối vòng đầu tiên của các thành phần điện tử. Điều này bao gồm động cơ DC có bánh xe, động cơ servo, màn hình LCD và bộ pin. Một hướng dẫn khắc cắt bằng laser đã được bao gồm trong tấm đế để đảm bảo vị trí thích hợp của các thành phần thuận tiện cho bạn. Để giúp việc nối mạch dễ dàng hơn, các thành phần phải được bảo vệ bằng dây thích hợp đã được cắm vào.

Các bánh xe phải trượt vào hai khe ở hai bên với động cơ DC hướng vào trong. Giữ chặt điều này bằng các kẹp màu trắng đi kèm bằng cách sử dụng hai vít và đai ốc cho mỗi cái (M2.5).

Động cơ servo cũng phải được giữ chặt bằng các vít và đai ốc tương tự (M2.5) trong khi đảm bảo bánh răng màu trắng đùn ra từ phía dưới nằm ở mặt trước của rô bốt. Điều này sẽ cung cấp năng lượng cho chuyển động quét của bàn chải.

Màn hình LCD sẽ trượt vào ngăn trước của vỏ với các chân hướng xuống dưới. Đảm bảo điều này bằng một số chấm keo nóng trên mỗi góc.

Cuối cùng, bộ pin phải trượt vào túi sau của vỏ với công tắc bật-tắt hướng ra ngoài vào lỗ khoét. Điều này cho phép bật và tắt rô bốt.

Bước 5: Bảo vệ tấm đỡ

Tiếp theo, đã đến lúc bảo vệ "bộ não" của Sweepy. Sử dụng bốn vít và đai ốc (M3), gắn Bảng điều khiển UNO R3 và Mô-đun Mở rộng Nguyên mẫu lên trên cùng của tấm đỡ. Đây sẽ hoạt động như tầng hai của ngôi nhà. Trước đó, mã Arduino IDE đã được tải lên bảng và sẵn sàng hoạt động.

Trượt tấm đỡ vào vỏ từ trên xuống cho đến khi nó nằm trên ba gờ được tích hợp trong vỏ in 3D để đảm bảo chiều cao chính xác. Cố định tấm này bằng hai vít (M3) qua các lỗ ở hai đầu.

Luồn dây từ các thành phần trên tấm đế lên và xuyên qua các lỗ của tấm đỡ. Màn hình LCD và dây động cơ servo phải luồn qua lỗ phía trước trong khi dây động cơ DC phải luồn qua các lỗ bên. Các dây của bộ pin có thể đi qua một trong hai lỗ như mong muốn.

Bước 6: Gắn các thành phần điện tử cuối cùng

Sử dụng keo nóng, gắn hai cảm biến siêu âm vào mặt trước của vỏ với các mô-đun kích hoạt và tiếng vọng mở rộng ra khỏi các lỗ hoặc "mắt". Các chân trên một cảm biến phải hướng lên trên và chân kia hướng xuống dưới như được chỉ ra bởi lỗ trên tấm đỡ. Điều này là để đảm bảo các mô-đun tiếng vang và kích hoạt đối xứng trong vỏ khi gửi và nhận tín hiệu.

Cuối cùng, thoa keo nóng lên mặt sau của cảm biến âm thanh và gắn nó vào khe ở mặt trong của vỏ. Đỉnh của micrô phải nằm ngang với đỉnh của mép vỏ để có thể lắp nắp Sweepy. Micrô sẽ thẳng hàng với lỗ trên nắp như bạn sẽ thấy ở phần sau.

Bước 7: Dây điện, dây điện và nhiều dây điện khác

Bước tiếp theo được cho là phần khó nhất nhưng quan trọng nhất để đảm bảo Sweepy hoạt động tốt và hạnh phúc: mạch điện. Sử dụng sơ đồ Fritzing ở đầu Bảng hướng dẫn này làm hướng dẫn, kết nối tất cả các dây từ các thành phần vào Mô-đun Mở rộng Nguyên mẫu.

Đảm bảo công tắc trên bộ pin đã tắt trước khi cắm cáp nguồn vào bo mạch. Bởi vì mã đã được tải lên trên bảng, Sweepy sẽ không thể kiềm chế sự phấn khích của mình đối với việc dọn dẹp và bắt đầu hoạt động ngay khi nhận được điện thứ hai, ngay cả khi bạn vẫn đang làm việc trên dây.

Đặc biệt chú ý đến đầu vào và đầu ra của mỗi dây. Nó giúp sử dụng màu sắc của dây để theo nó dọc theo đường đi của nó.

Bước 8: Thêm các bộ phận chuyển động

Bây giờ là lúc cho bánh sau và chổi quét của Sweepy.

Bánh sau phải là bánh xe có thể xoay tự do xung quanh. Chiều cao từ trên xuống dưới khoảng 6,4 cm nhưng dung sai có thể rộng rãi tùy thuộc vào mức độ tác động lực xuống bạn muốn bàn chải tác động. Gắn cái này dưới tấm đỡ qua lỗ trên tấm đế.

Chổi quét cũng có khả năng chịu đựng rộng rãi nhưng tay cầm phải cách mặt đất khoảng 1,2 cm. Tay cầm cũng phải dài khoảng 10 cm để ngăn nó va vào vỏ trong khi quét về phía sau và thứ tư. Cố định phần này vào phần đính kèm cần gạt màu trắng đi kèm với động cơ servo bằng keo.

Bước 9: Giới hạn tất cả

Để hoàn thành Sweepy của riêng bạn, bạn cần làm nắp của nó. Dán viền nắp dưới tấm đóng nắp có lỗ trên đó. Đảm bảo lỗ được căn chỉnh với micrô cảm biến âm thanh. Cuối cùng, dán nắp lên trên cùng của Sweepy, căn chỉnh các cạnh trước với mặt trước của vỏ.

Bật nguồn từ phía sau và xem Sweepy theo đuổi ước mơ biến studio trở thành một nơi sạch sẽ hơn cho tất cả mọi người.

Bước 10: Kết quả & Suy ngẫm

Mặc dù lập kế hoạch thiết kế rộng rãi, những sai lầm vẫn xảy ra nhưng không sao cả: tất cả đều là một phần của quá trình học tập. Và đối với chúng tôi, mọi thứ không khác.

Một trong những thách thức lớn nhất của chúng tôi là thiết kế nhà ở của Sweepy để bao bọc tất cả các thành phần cần thiết. Điều này có nghĩa là đo lường tỉ mỉ kích thước của tất cả các thành phần, lập kế hoạch cho các đường dẫn dây, đảm bảo tính toàn vẹn của cấu trúc, v.v. Chúng tôi đã kết thúc in 3D và cắt laser hai lần lặp lại vỏ của Sweepy, phiên bản thứ hai là phiên bản cuối cùng dựa trên những gì chúng tôi đã học được từ lần đầu tiên sự lặp lại.

Một trở ngại lớn mà chúng tôi phải đối mặt là khả năng hạn chế của cảm biến siêu âm: nó không bao phủ một khu vực đủ lớn và Sweepy đôi khi sẽ va vào tường khi tiếp cận ở một góc. Điều này đã được giải quyết bằng cách đưa vào một cảm biến siêu âm thứ hai để tăng hiệu quả vùng ảnh hưởng.

Ban đầu chúng tôi cũng đã chọn một động cơ servo để điều khiển quay nhưng nó không hiệu quả và có cấu trúc tốt như chúng tôi mong đợi. Do đó, chúng tôi đã thay thế bánh sau bằng một bánh xe tự do và đẩy trách nhiệm quay sang hai bánh lái thông qua quay vi sai (một bánh sẽ chuyển động chậm hơn bánh kia để mô phỏng quay). Mặc dù điều này có nghĩa là thực hiện những thay đổi lớn đối với mã, nhưng nó đã đơn giản hóa một cách hiệu quả thiết kế tổng thể của chúng tôi, loại bỏ ít hơn một động cơ servo ra khỏi phương trình.

‏‏‎ ‎

Lặp lại trong tương lai

Luôn có chỗ để cải thiện. Trong tương lai, một thay đổi thiết kế cho dự án của chúng tôi là xem xét bảo trì Sweepy và khả năng tiếp cận của các thiết bị bên trong. Chúng tôi đã gặp phải nhiều sự cố bao gồm hỏng động cơ và pin bị xả khiến chúng tôi phải tháo rời Sweepy chỉ để thay đổi các thành phần rất không trực quan. Trong tương lai, chúng tôi sẽ thiết kế một vỏ máy với các lỗ mở có thể hoạt động cho phép truy cập vào các thành phần của nó như pin.

Chúng tôi cũng đang xem xét việc sử dụng một cảm biến áp suất ở phía trước để phát hiện khi Sweepy va chạm vào một bề mặt vì chúng tôi nhận thấy rằng đôi khi cảm biến siêu âm không đáng tin cậy, đặc biệt là khi tiếp cận ở một góc dốc. Bằng cách có một cảm biến cơ học, Sweepy sẽ nhất quán hơn trong việc quyết định thời điểm và thời điểm không nên rẽ.

Mặc dù Sweepy hoạt động tốt trong các phòng nhỏ, nhưng nó có thể kém hiệu quả hơn trong các không gian lớn hơn. Điều này là do Sweepy chỉ được lập trình để quay bất cứ khi nào nó phát hiện ra một bề mặt phía trước nó nhưng nếu không sẽ tiếp tục theo một đường thẳng cho đến khi trái đất bị phá hủy. Trong tương lai, có thể đáng để lập trình trước một lộ trình dọn dẹp cho Sweepy để nó nằm trong một ranh giới thay vì lang thang mãi mãi.

‏‏‎ ‎

Tài liệu tham khảo & Tín dụng

Dự án này được tạo ra như một phần của khóa học Máy tính Vật lý (ARC385) tại chương trình đại học Khoa Kiến trúc, Cảnh quan và Thiết kế Daniels tại UofT.

‏‏‎ ‎

Thành viên của nhóm

• Evan Guan
• Terence Lo
• Wilson Yang

‏‏‎ ‎

Lấy cảm hứng từ

• Robot hút bụi Roomba
• Wipy: Trình dọn dẹp bảng trắng được thúc đẩy quá mức
• Điều kiện lộn xộn của không gian studio